城市生活垃圾燃烧特性研究

陈国艳，曾纪进，段翠九

（1.福建省丰泉环保控股有限公司，福州 350007；2.中德（中国）环保有限公司，北京 100142；3.清华大学热能工程系，北京 100083）

1 引言

由于自然资源的不断开发利用和社会经济的发展，特别是随着人口的高度集中和城市化的迅速发展，世界各国的垃圾产生量均以较快的速度增长，由此产生的垃圾给地球生态以及人类生存环境带来了巨大的威胁，目前已成为重要的社会问题之一[1、2]。

近几十年来，对于煤燃烧过程中NOx、SO2的生成特性，专家们已做了大量的研究工作[4、5]。但有关焚烧垃圾过程中NOx、SO2的生成特性的报道则很少，同时，由于垃圾成分及燃烧过程比煤的情形复杂得多，生成氮氧化物的危害性更大。因此有必要对垃圾焚烧过程中NOx、SO2生成的特性进行深入研究，为找出相应的降低NOx排放的措施提供理论指导。尽管人们付出了巨大努力，垃圾焚烧的废气排放问题却一直无法得到根本解决，尤其是有关二英危害人类健康的报道使得公众对垃圾焚烧造成的二次污染的担心日益加重[3、4]。

固体废弃物的燃烧是一个复杂的连续化学反应过程，其中有大分子的断键、异构等反应，燃烧的中间物质一方面是大分子裂解成小分子，另一方面，又有小分子聚合成较大的分子。无论是焚烧、气化，还是燃烧，垃圾的挥发分析出过程都是一个必经阶段，所以燃烧是所有垃圾热处理工艺的前提和基础。因此，了解城市生活垃圾的燃烧特性对垃圾热处理装置的设计和运行具有重要的指导意义，因而有必要对垃圾的燃烧特性进行深入系统的研究[5]。

本文采用立式固定床快速分解技术，对典型垃圾组分在高温下进行燃烧特性研究，以探讨温度、过量空气系数等对垃圾焚烧烟气特性的影响，该研究对现场应用具有一定的指导意义。

2 试验

2.1 试验设备与方法

本试验采用固定床燃烧装置（如图1所示）。该装置主要由电加热炉、高压气瓶、冷却装置、积灰装置、气体分析仪器、过滤器等组成。首先将炉子加热到800℃，待炉子恒温后，把准备好的典型垃圾组分通过给料机连续送入炉内。垃圾组分经过热解燃烧后，烟气经过冷却、除灰、过滤后进入气体分析仪测量，待数据稳定后记录。

图1 燃烧试验装置示意

2.2 试验样品

试验样品选取某地区由典型垃圾组分按比例组成的垃圾，物料大小为3～5mm，试验样品取1kg/h。试验所用物料的典型组分元素分析数据见下表。

典型垃圾组分元素分析表

3 结果与讨论

3.1 温度对烟气成分含量的影响

从图2可以看出，在过量空气系数为1.6时，温度从800℃到950℃的垃圾燃烧特性：随着温度的升高，NOx的含量由130mg/m3增加到约250mg/m3，增加速度较快，基本成直线上升。SO2的含量由185mg/m3增加到约245mg/m3，基本上也是呈逐步增加的趋势，主要是由于垃圾中的S在高温的情况下与O2反应更加剧烈，反应效率更高[6]。CO的含量由122mg/m3减少到约60mg/m3，这主要是由于垃圾产生的CO在高温的情况下与O2反应更加剧烈，反应效率更高，生成的CO2含量增加。H2S的含量由85mg/m3减少到约38mg/m3，主要是由于垃圾产生的H2S在高温的情况下与O2反应更加剧烈，反应效率更高，生成的SO2含量增加。

图2 温度对烟气成分的影响（过量空气系数为1.6）

3.2 过量空气系数对烟气成分的影响

从图3可以看出，在炉膛温度为900℃时，过量空气系数从1.2到2.0的垃圾燃烧特性：随着过量空气系数的增加，NOx的含量由185mg/m3增加到约225mg/m3，增加速度较缓慢，基本上成直线上升，这主要是由于随着过量空气系数的增加，NOx含量迅速增加，但由于过量空气的稀释，所以NOx含量增加缓慢。SO2的含量由215mg/m3减少到约115mg/m3，基本上呈逐步减少的趋势，主要是由于垃圾中的S在过量空气的情况下有利于SO2及硫氧化物气体的生成，但是，由于过量空气的稀释，所以SO2含量缓慢减少[7]。CO的含量由122mg/m3减少到约73mg/m3，主要是由于垃圾产生的CO在高温的情况下与氧气反应更加剧烈，反应效率更高，生成的CO2含量增加，再加上过量空气的稀释，所以CO含量下降比较多。H2S的含量由75mg/m3减少到约49mg/m3，主要是由于垃圾产生的H2S在高温的情况下与过量空气中的O2反应更加剧烈，再加上过量空气的稀释，所以H2S含量逐步减少。

图3 过量空气系数对烟气成分的影响（温度为900℃）

4 结论

（1）在过量空气系数一定时，温度从800℃到950℃的垃圾燃烧特性：随着温度的升高，NOx的含量成直线上升；SO2的含量也是呈逐步增加的趋势；CO、H2S的含量逐渐减少。

（2）在炉膛温度为一定时，随着过量空气系数的增加，NOx的含量增加速度较缓慢，基本上成直线上升；SO2的含量呈逐步减少的趋势；CO、H2S的含量逐渐减少。

[1]陈国艳，张衍国，朱九龙，曾纪进.灰色理论及改良方法对我国垃圾产量的预测[J].环保产业技术，2011，156（6）：51-54.

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